本發(fā)明涉及熱塑性復合材料領域，尤其涉及一種耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料及其制備方法。
背景技術：
熱塑性材料，是在加熱時能發(fā)生流動變形，冷卻后可以保持一定形狀的物質。大多數線型聚合物均表現出熱塑性，很容易進行擠出、注射或吹塑等成型加工。幾乎所有線形或支鏈型聚合物，在一定溫度范圍內，能反復加熱軟化和冷卻硬化。
現有技術中的熱塑性材料由于其機械性能、導熱性能或電學性能不足，經常會利用熱塑性材料的特性使其在流體化內在其內添加一定比例的碳纖維，獲得稱為熱塑性碳纖維復合材料的一類材料，這類材料既有原熱塑料性材料的柔韌性和熱塑性，又在一定程度上提高了導熱性、導電性及機械強度，但由于常規(guī)技術中的熱塑性材料本身耐蝕性不足，尤其是在較高溫濕性環(huán)境內或酸、堿、鹽環(huán)境內易老外開裂而至性能下降，成本高但使用壽命不長，因此市場亟待一種本質耐蝕耐熱的熱塑性碳纖維復合材料。
技術實現要素：
為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種本質耐蝕耐熱的熱塑性碳纖維復合材料及其制造方法。
為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料的制造方法，包括以下步驟：
1)柔性耐蝕型聚丙烯的制造
①通過標準方法將丙烯聚合成絲狀聚丙烯；
②預熱氨氧設備至280℃-285℃，并按體積比1∶1緩慢通入氨氣與氧氣；
③將步驟①獲得的聚丙烯在聚合成后30min內置于氨氧化氣氛中，以鐵磷鉬酸鉍為催化劑，反應3min-5min，獲得部分腈化聚丙烯；
④將步驟③獲得的部分腈化聚丙烯進行氯代反應，獲得部分氯代部分腈化聚丙烯；
⑤將氯化鋁粉末與為含質量分數5％苯的有機溶劑混合并震蕩為懸濁液；
⑥將步驟⑤獲得的懸濁液與部分氯代部分腈化聚丙烯按質量比8-10∶1混合，加熱至40℃-50℃，并采用超聲儀以350w-380w的功率振蕩70min-80min，獲得外層苯代烴及腈化的聚丙烯長鏈有機物；
⑦在步驟⑥獲得的聚丙烯長鏈有機物，置于70℃-80℃溫度下，采用波長為75nm-80nm的光波照射3h-4h獲得飽合光能聚丙烯長鏈有機物；
⑧將步驟⑦獲得的飽合光能聚丙烯長鏈有機物拉伸至自然伸直，置于設置有與其軸向方面垂直、電場強度為270v/m-290v/m的直流電場內，35min-40min后取出，即獲得所需柔性耐蝕型聚丙烯；
2)耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料成型
將1)中步驟⑧獲得的柔性耐蝕型聚丙烯與絲狀碳纖維編織成股，然后軟化熱塑性柔性耐蝕型聚丙烯后再按標準方法冷凝成型，即獲得所需耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料。
上述耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料，由碳纖維與柔性耐蝕型聚丙烯衍生材料組成，其中所述碳纖維的結構具體為主體為含碳至少95％的碳纖維，所述柔性耐蝕型聚丙烯衍生材料為外圍分子為致密飽合丙烯腈和笨乙烯共聚碳化基團。
本發(fā)明中的柔性耐蝕型聚丙烯衍生材料與同時申請的另一份專利中的柔性耐磨型碳纖維可組合成耐蝕且耐磨的高綜合性能熱塑性碳纖維材料。
與現有技術相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明有機而科學地結合了有機化學、電化學、無機化學及有機物碳化反應的原理，最終獲得了目前市場上沒有的自耐蝕熱塑性聚丙烯衍生材料，具體為：采用丙烯合成為絲狀聚丙烯是利用其規(guī)整的碳基線狀結構作為本發(fā)明的基礎，再通過與氨氣和氧氣在高溫快短時反應，使一部分表面活性基團轉變?yōu)?c2h3n(腈化基團)，由于溫度低于常規(guī)腈化溫度，且時間短，因此很大一部分聚丙烯主鏈中的氫根未轉換，這時通過氯代反應使所有氫根被替換為氯根，根據傅里德-克拉夫茨反應原理，在三氯化鋁的催化下，苯與氯根發(fā)生反應，生成帶苯的鏈表層基團，最終整鏈形成了類abs的有機結構，并與之具有相似的化學特性，即優(yōu)良的耐熱、耐油性能和化學穩(wěn)定性，對稀的無機酸、堿、鹽有良好的耐蝕性，同時具有高的沖擊韌性和良好的機械強度，但由于主干鏈仍為聚丙烯的碳鏈結構，因此其基礎性能相較于abs具有更高的塑性和可拉伸性；此時獲得的材料已經是比較優(yōu)秀的絲狀熱塑性聚丙烯類材料了，但結合實際，我公司發(fā)現這種子材料其表層基團仍會在光照下和氧或其它空氣中的活性小分子有機基團發(fā)生反應，至使成型后的材料變質而物理或化學穩(wěn)定性下降，受金屬材料冷熱循環(huán)沖擊后材料疲勞性能提升的影響，經過多次試驗，最終發(fā)現按權利要求中描述的方式在光能和電場作用下，讓材料表面先行進行反應，獲得更耐高溫和更耐蝕的結構，這種結構是復雜且多變的，從有機化學的角度難以描述，其可確定的表征為表層基團發(fā)生了部分碳化，但可以確定的是，耐高溫性能和耐酸堿鹽性能都獲得了長足提升，最重要的時，隨著時間的推移材料的性能變化微小，真正實現了長壽命、高可靠性的耐蝕復合材料。
具體實施方式
實施例1：
由碳纖維與柔性耐蝕型聚丙烯衍生材料組成，其中所述碳纖維的結構具體為主體為含碳至少95％的碳纖維，所述柔性耐蝕型聚丙烯衍生材料為外圍分子為致密飽合丙烯腈和笨乙烯共聚碳化基團。
上述耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料的制造方法，包括以下步驟：
1)柔性耐蝕型聚丙烯的制造
①通過標準方法將丙烯聚合成絲狀聚丙烯；
②預熱氨氧設備至280℃-285℃，并按體積比1∶1緩慢通入氨氣與氧氣；
③將步驟①獲得的聚丙烯在聚合成后30min內置于氨氧化氣氛中，以鐵磷鉬酸鉍為催化劑，反應4.5min，獲得部分腈化聚丙烯；
④將步驟③獲得的部分腈化聚丙烯進行氯代反應，獲得部分氯代部分腈化聚丙烯；
⑤將氯化鋁粉末與為含質量分數5％苯的有機溶劑混合并震蕩為懸濁液；
⑥將步驟⑤獲得的懸濁液與部分氯代部分腈化聚丙烯按質量比9∶1混合，加熱至45℃，并采用超聲儀以375w的功率振蕩75min，獲得外層苯代烴及腈化的聚丙烯長鏈有機物；
⑦在步驟⑥獲得的聚丙烯長鏈有機物，置于75℃溫度下，采用波長為75nm的光波照射4h，獲得飽合光能聚丙烯長鏈有機物；
⑧將步驟⑦獲得的飽合光能聚丙烯長鏈有機物拉伸至自然伸直，置于設置有與其軸向方面垂直、電場強度為280v/m的直流電場內，38min后取出，即獲得所需柔性耐蝕型聚丙烯；
2)耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料成型
將1)中步驟⑧獲得的柔性耐蝕型聚丙烯與絲狀碳纖維編織成股，然后軟化熱塑性柔性耐蝕型聚丙烯后再按標準方法冷凝成型，即獲得所需耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料。
根據本實施例生產的耐蝕型熱塑性碳纖維復合材料，可在不高于200℃的酸雨、鹽堿地或海洋鹽霧環(huán)境下長時使用(下同，由于性能的差異較小，不再對比描述)。
實施例2
整體與實施例1一致，差異之處在于：
1)柔性耐蝕型聚丙烯的制造
③將步驟①獲得的聚丙烯在聚合成后30min內置于氨氧化氣氛中，以鐵磷鉬酸鉍為催化劑，反應3min，獲得部分腈化聚丙烯；
⑥將步驟⑤獲得的懸濁液與部分氯代部分腈化聚丙烯按質量比8∶1混合，加熱至40℃，并采用超聲儀以350w的功率振蕩70min，獲得外層苯代烴及腈化的聚丙烯長鏈有機物；
⑦在步驟⑥獲得的聚丙烯長鏈有機物，置于70℃溫度下，采用波長為80nm的光波照射3h，獲得飽合光能聚丙烯長鏈有機物；
⑧將步驟⑦獲得的飽合光能聚丙烯長鏈有機物拉伸至自然伸直，置于設置有與其軸向方面垂直、電場強度為270v/m的直流電場內，35min后取出，即獲得所需柔性耐蝕型聚丙烯；
實施例3
整體與實施例1一致，差異之處在于：
1)柔性耐蝕型聚丙烯的制造
③將步驟①獲得的聚丙烯在聚合成后30min內置于氨氧化氣氛中，以鐵磷鉬酸鉍為催化劑，反應5min，獲得部分腈化聚丙烯；
④將步驟③獲得的部分腈化聚丙烯進行氯代反應，獲得部分氯代部分腈化聚丙烯；
⑤將氯化鋁粉末與為含質量分數5％苯的有機溶劑混合并震蕩為懸濁液；
⑥將步驟⑤獲得的懸濁液與部分氯代部分腈化聚丙烯按質量比10∶1混合，加熱至50℃，并采用超聲儀以380w的功率振蕩80min，獲得外層苯代烴及腈化的聚丙烯長鏈有機物；
⑦在步驟⑥獲得的聚丙烯長鏈有機物，置于80℃溫度下，采用波長為75nm的光波照射4h，獲得飽合光能聚丙烯長鏈有機物；
⑧將步驟⑦獲得的飽合光能聚丙烯長鏈有機物拉伸至自然伸直，置于設置有與其軸向方面垂直、電場強度為290v/m的直流電場內，40min后取出，即獲得所需柔性耐蝕型聚丙烯；
對所公開的實施例的上述說明，僅為了使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。